【暖通家】第二期 疫苗孵房空调系统及自控设计

本案例为工厂设计，该工厂用以生产减毒活疫苗。该项目中，疫苗生产区分 C级制备区和 C级培养区。

C级培养区设置2间培养室，每间培养室相邻设置2间37℃孵房，用于培养放孵。孵房的净化级别为C级（满足GMP对洁净厂房的要求）， 温度为(37±0.5)℃；湿度为45%~65%。

C级制备区设置2间制备室，每间制备室相邻设置2间36.5℃孵房。该孵房的设计要求与培养区相同，净化级别为C级（满足GMP对洁净厂房的要求），温度为(37±0.5)℃；湿度为 45%~65%。
图1和图2分别是孵房环境控制的空调系统图和孵房的空间布局示意图。

图 1  空调系统图

图 2  孵房布局图

空调系统分析

如图1所示，空调系统AHU-101通过对回风和新风的调节，达到孵房的环境要求，从出风口送出，进入到疫苗生产车间，根据疫苗的生产流程和空间进行分配。在空调系统的调节中，蒸汽总管S-DN20输送压力0.2MPa的蒸汽进入到加湿器中，对空气的湿度进行调节；蒸汽总管S-DN40输送压力0.2MPa的蒸汽到加热器中，对空气的温度进行调节；冷冻水以7℃从进水口CWS-DN65进入到冷却器，以12℃从出水口CWR-DN65流出，对空气进行预冷却，控制空气进入风机的温湿度；新风从新 风管FA以流量2,800 m3/h流入，回风从回风管RA以流量8,430 m3/h流入 ，新风通过初滤器过滤后，与回风混合，在冷却器进行初步处理，然后经由风机依次通过加热器、加湿器以及中效过滤器，从出风口出来，进入孵房中。

孵房布局分析

如图2所示， 进风口SA处风量以11,230 m3/h的流量流入到孵房，通过风管分配到不同的空间。 为了保证孵房温度控制的精度和稳定性，孵房中设置缓冲区，避免对生产区造成污染。根据各部分空间的功能，孵房可分为缓冲区、接受区、消毒区、洁具区和暖房区等，各部分区域根据面积大小设定进风量。
如图2所示， 风阀ED101H-01（风量为300 m3/h）控制消毒间（空间10）的进风量，该进风量与通过循环风机RF-101H（风量为 3,000 m3/h）的循环风混合，进入到消毒间。 在项目中，消毒间为并列两间，该部分风量分为两部分，分别进入到两间消毒区，两间消毒区结构一样，为了工程图简化，第二间消毒区没有画出。与此类似，风阀ED101A-01（风量为300m3/h）控制暖房（空间13）的进风量，该进风量也与循环风机RF-101A（风量为 3,000 m3/h）的循环风混合，为暖房提供洁净空气，与消毒间类似，暖房也是结构相同的两个空间，为了简化制图，暖房二在图中省略。从风阀ED101B-01到风阀ED101G-01（风量均为300 m3/h），其功能和风阀ED101A-01的功能相同，都是控制暖房的风量，且这些暖房都需要配置独立的循环风机，其流程与控制暖房一（空间 13）的流程相同，在图2中省略。
为了最大化地利用回风，在项目中，一些空间的空气并不全都直接排至走廊或进入回风管路，而是使一部分空气先经过其他空间，然后排至走廊。
各个空间剩余的风量通过出风口进入到回风管路。图3是各空间风量的交换图。

图 3  孵房空间风量交换图

孵房送回风处理设施及温度监测分析

送回风布置模式：孵房采用了均流膜及增加换气次数等技术，使风速、温度分布更均匀。采用加大风速和回风设置的办法，使换气次数达到100 次以上，送风速度达到0.5 m/s以上，大风量、小温差的设计特点使得风速、温度分布更加均匀。
孵房温度监测： 孵房温度监测点总共布置有 11个，其中2.6 m高的孵房内有9个布置点，在房间中央布置一个监测点，在其四个角分别布置上下两个测点，其中下测点在离地面 250 mm~300 mm高度，对应放孵物料最低高度。 房间内温度布置点如图4所示。另外两个测点分别在送风口和孵房门外。

图 4  房间内温度测点分布图

洁净系统分析

孵房对环境的洁净度要求较高。为了保证孵房的洁净度，一方面对循环的空气进行必要的净化处理，另一方面要对孵房进行消毒处理。对孵房的消毒处理分为两部分，一部分是通过空气处理单元（AHU）系统控制逻辑进行全局消毒，如图3所示，通过臭氧发生器XD-101产生臭氧，进入到孵房各部分空间，进行全局消毒。另一部分是利用臭氧对循环风机室进行局部消毒，通过控制与消毒间或暖房有关的风阀的开关，进行该部分的局部消毒。以暖房为例，其他循环风机室类似，与之有关的风阀有ED101A-01，ED101A-02和ED101A-03。

控制系统分析

1、 控制对象和目标
通过对回风温度、湿度的监测，调节蒸汽阀的开度，达到控制温度、湿度的目的；通过对送风量的监测，调节风机变频器频率，达到控制风量的目的；通过臭氧浓度的监测和控制，达到控制消毒运行的目的；为了保证系统的安全，对各设备的开关动作做了相应的互锁和连锁。
该控制系统的设定值如下。

1）AHU 设定值及范围
温度需求为(18~26) ℃，设定值范围为(20~24)℃，默认值为21℃。湿度需求为45%~65%，设定值范围为 50%~60%，默认值为55%。正常模式风量为 10,000 m3/s（可以设定）。消毒模式风量为 5,000 m3/s（可以设定 ）。排风模式风量为 2,500 m3/s（可以设定）。
2）循环风机设定值
温度需求为 (36.5~37.5)℃ ，默认设定值为37 ℃。湿度需求为45%~65%，默认设定值为55%。

2 、保护及报警系统分析
1）AHU 系统
互锁与联锁：排风机EU-101-01与排风阀ED-101-03联锁，只有排风阀EU-101-03开启后，才能开启排风机 EU-101-01；排风机 EU101-01、EU-101-02与送风机联锁，只有送风机开启后，才能开启排风机EU101-01、EU-101-02；冷水阀、蒸汽加热阀、蒸汽加湿阀与送风机联锁，只有送风机开启后，才能开始调节冷水阀、蒸汽加热阀、蒸汽加湿阀。
报警：变频器报警；温湿度超限报警；排风机过载报警。
2）循环风机系统互锁与联锁：电加热，循环风机和高温限制开关联锁，当高温开关动作的时候，系统停止。电加热和风机压差联锁，当风机两端压差开关动作（无风压）时候，电加热器停止。
报警：电加热器高温报警；温湿度超限报警。
经测试，所有测点温度均控制在 (36.6~37.1) ℃范围内，温度的分布及稳定性满足设计要求。

运行模式分析

1）正常运行模式
第一步：开启8台循环风机系统正常模式。
8台循环风机系统为相同控制逻辑，以孵化室一为例：开启风阀 ED101A-1，ED101A-2，ED101A-3，延时60 s后，开启循环风机；通过房间温度和房间温度设定值比较，计算调节电加热器功率；通过房间湿度和房间湿度设定值比较，计算调节蒸汽加湿阀开度。
第二步：开启 AHU101系统正常模式。 开启新风阀ED101-1、回风阀ED-101-02；延迟30 s，开启风机AHU101，再延时30s后，开启排风机EU-101-02；通过回风温度和回风温度设定值比较，计算调节蒸汽加热阀开度和冷水阀开度；通过回风湿度和回风湿度设定值比较，计算调节蒸汽加湿阀开度及冷水阀开度；通过送风风量和送风 风量设定值比较，计算调节变频器频率。
本项目在建成后进行了大量实测。从2014年2月13日21:00至2014年2月14日21:00共24 h内，每5min自动记录一次数据所得到的每个测点289个数据中的最大值和最小值。
循环风机室必须逐一单独消毒排风。首先AHU101处于正常模式，并开启循环风机消毒模式，达到默认消毒时间后，自动转入排风模式，然后停止循环风机，最后人为停止排风模式。
本案例项目应用新的控制模式，解决了采用内置循环风机控制疫苗生产车间温度均匀性存在的问题。通过采用均流膜、加大换气次数、增大风速及设置回风等方法，疫苗生产车间的温度分布更加均匀，温度控制更加精准。在实际项目的测试中，所有房间均满足项目提出的(37±0.5)℃温控要求；湿度可以控制在45%~65%范围。项目投产后，疫苗孵化合格率和产量大幅提高。

原载《制冷技术》有删减